Fachartikel

Sonden aus Stahl-Emaille

Besteht aus Stahlrohr mit Emaille-Beschichtung und ist dadurch besonders widerstandsfähig: Die pH-Sonde Typ 18

Durch gezielte Steuerung (Regelung) des pH-Wertes lässt sich der gesamte Produktionsprozess in der Papierherstellung stabiler und somit wirtschaftlicher gestalten. Hohe Anforderungen werden an die dort eingesetzten Messsonden gestellt.

Speziell pH-Sonden werden durch Feuchtigkeit, Druck, Druckstöße, Vibration, Abrasion und Schmutz sehr stark beansprucht. Mit der pH-Sonde Typ 18 haben die Pfaudler Werke GmbH eine pH-Sonde im Lieferprogramm, die all diesen Beanspruchungen gerecht wird. Ihre wichtigsten konstruktiven Merkmale und wesentlichen Eigenschaften sind:

Aus Stahl-Emaille
Der Sondenkörper ist aus Stahl, dessen produktberührte Oberfläche mit hochwertigem Chemie-Emaille beschichtet ist. Das macht die Sonde äußerst robust gegenüber mechanischer Beanspruchung durch Druck, Abrasion und Vibration. Sie kann in eine Rohrleitung oder einen Behälter eingebaut werden und direkt der Strömungsbelastung zum Beispiel durch Papierstoff oder Abwasser ausgesetzt werden. Ein Einbau mit einer speziellen Schutzarmatur oder in einem Bypass ist nicht notwendig.

Kein Diaphragma
Dadurch arbeitet die Sonde sehr zuverlässig und wartungsarm.

Ohne Elektrolyt
Die Bezugselektrode befindet sich bei dieser Sonde auf dem Sondenkörper und ist daher immer im Produkt eingetaucht. Bei dieser Sonde fungiert das Produkt als Elektrolyt.

Keine Alterung
Das bedeutet, dass sich die Steilheit der Sonde, mV/pH, während der gesamten Lebensdauer nicht verändert. Die Sonde muss nicht mehr in regelmäßigen Intervallen nachkalibriert werden. Wechselarmaturen mit automatischer Kalibriervorrichtung sind daher für die Sonde Typ 18 kein Thema.
Alterungsbeständig ist die Sonde, weil das Potenzial der Mess- und der Bezugselektrode nicht durch einen Elektrolyten abgeleitet wird, sondern durch eine Metallschicht, die unter den Elektroden liegt.

Selbstreinigend
Bedingt durch hohe Strömungsgeschwindigkeit und großen Stoffdurchsatz sowie die extrem glatte und antiadhäsive Sondenoberfläche wird Belagbildung zuverlässig verhindert. Eine periodische Reinigung in mehr oder weniger kurzen Zeitabständen ist nicht notwendig. Daher ist auch ein Einbau der Sonde in eine Wechselarmatur nicht erforderlich.

Aufbau
Der Körper der Sonde Typ 18 besteht aus einem unten geschlossenen Stahlrohr von circa 20 mm Durchmesser und hat eine Einbaulänge von 145 mm. Das Stahlrohr ist mit hochbeständigem und extrem verschleißfestem Emaille beschichtet. Die Messelektrode besteht aus einem pH-sensitiven Emaille (pH-Emaille), das unten am Rohrende ringförmig aufgeschmolzen ist. Die Bezugselektrode besteht aus einem salzionensensitiven Emaille, das ebenfalls ringförmig und zwar über der Messelektrode, auf dem Sondenrohr aufgeschmolzen ist. Jede Elektrode hat eine Oberfläche von circa 25 cm2. Unter jeder Elektrode liegt eine Metallschicht, durch die das jeweilige Elektrodenpotenzial abgeleitet wird. Die beiden Metallschichten wiederum sind über im Emaille eingeschmolzene Metallbänder mit Steckkontakten oben im Anschlusskopf verbunden. Zur automatischen Temperaturkompensation ist im Sondenrohr ein Pt1000 eingesteckt, dessen Anschlüsse ebenfalls auf Steckkontakte im Sondenkopf geführt sind. Am Sondenkopf wird ein spezielles Anschlusskabel angeschlossen, durch das die Messsignale einem pH-Messumformer zugeführt werden.

Messprinzip
Wird die Sonde Typ 18 in wässriger Lösung eingetaucht, so stellt sich an der Messelektrode ein Potenzial ein, dessen Wert vom pH-Wert der Lösung abhängig ist.
An der Bezugselektrode stellt sich ein Potenzial ein, dessen Wert konstant ist, wenn die wässrige Lösung ausreichend mit Salz gepuffert ist. Die Oberflächen von Mess- und Bezugselektrode sind durch das Produkt leitfähig miteinander verbunden, also in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung dieser beiden Elektroden wird als Messkette bezeichnet. Zwischen den Enden der Messkette (das sind die metallischen Ableitschichten von Mess- und Bezugselektrode) stellt sich die Potenzialdifferenz der beiden Einzelpotenziale ein. Bei dieser Potenzialdifferenz handelt es sich um die pH-abhängige Spannung, die die Messkette der pH-Sonde liefert (Messkettenspannung). Über die im vorangehenden Kapitel beschriebenen Anschlüsse wird die Messkettenspannung abgeleitet und im pH-Messumformer ausgewertet.

Einbau und Betrieb
Als Prozessanschluss wird in den meisten Fällen ein Einschweißstutzen DN30 verwendet, der aus Edelstahl ist und eine spaltfreie O-Ringabdichtung hat. Es sind auch Anschlüsse mit anderen Abmessungen oder Eintaucharmaturen für den Einsatz der Sonde unterhalb der Produktoberfläche lieferbar.
Da die Sonde Typ18 kein Elektrolyt benötigt, selbstreinigend ist und nicht regelmäßig nachkalibriert werden muss, arbeitet sie in den meisten Fällen vollkommen wartungsfrei. Je nach Einsatzfall sollte dennoch alle drei bis sechs Monate eine optische Kontrolle durchgeführt und eventuell auch eine Kontrollmessung vorgenommen werden.
Die Sonde Typ 18 verfügt über einen Mittelpunktanschluss, so dass mit dem pH-Messumformer auch eine Impedanzüberwachung von Mess- und Bezugselektrode möglich ist.
Philipp Jörres

Technische Daten
pH-Einsatzbereich pH 3 bis pH 12
Temperaturbereich 0 bis 140 °C
max. Betriebsdruck 15 bar
Nullpunkt der Messkette pH 7 bis pH 14 (produktabhängig)
Steilheit der Messkette 50 bis 52 mV/pH
Isothermenpunkt pH 3/380 mV
Temperaturkompensation mit Pt1000

Wo verwendet?
Die pH-Sonde Typ 18 aus Stahl-Emaille ist für folgende Bereiche bei der Papierherstellung gut geeignet:
• Stoffaufbereitung
• Deinking
• Siebwasser
• Streichküche
• Kläranlage